1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0 10 20 30 6μ ｍ 2μ ｍ Wavelength (nm) IPC E ( %)
Photon Energy (eV)
800 700 600 500 400
修 士 論 文 の 和 文 要 旨
研究科・専攻 大学院 電気通信学研究科 量子・物質工学専攻 博士前期課程 氏 名 田村 聡 学籍番号 0733037 論 文 題 目CdSe 量子ドット増感太陽電池の
界面機能と光電変換特性
要 旨 〔はじめに〕 次世代太陽電池として注目される色素増感太陽電池において、光機能性材料であ る TiO2電極のナノ構造、及び、有機色素などの分光増感剤の選択が重要な役割を担う。ここで、 Ti 板上に自己組織化した TiO2ナノチューブ配列構造は、光励起キャリアに関して高い伝導性をも つことに加え、そのコスト面からも、従来の透明導電性ガラス（FTO）を基板とする光電極に比べ て大きなメリットをもつ。また、半導体量子ドットは光吸収領域を可変できることや、100％を超 える量子収率など有機色素にはない長所をもつことから、増感剤として適用する研究が近年活発 に進められている。本研究では、TiO2ナノチューブ電極に CdSe 量子ドットを増感剤とする光電極 を作製し、その光電変換特性について検討した。 〔試料作製〕 TiO2ナノチューブは、0.5wt％の NH４F を含むグリセリン中で、二電極による陽極 化成法により形成した（作用極：Ti 板；対極：Pt メッシュ）[1]。この際、印加電圧は 20V とし て、化成時間を変化させることにより Ti 板上に異なる厚さをもつ TiO2ナノチューブ電極を作製 し、結晶化のために空気中にて熱処理を施した。その後、化学溶液成長法を用いて成長時間の異 なる CdSe 量子ドットを吸着させた。 〔結果〕 図１に TiO2ナノチューブの断面図の一例を示す。その表面構造は外径約 60nm、内径約 40nm の中空のナノチューブ配列で、Ti 基板から高秩序に配列された様子が観察された。 図２に異なる厚さ（2μm、6μm）をもつ TiO2ナノチューブ電極に、CdSe 量子ドットを吸着した 電極の光電流変換量子効率(IPCE)スペクトルを示す。それぞれの膜厚の光電極において、2.0～ 3.0eV の領域に分光増感による光電流が観測され、その大きさは膜厚に大きく依存することが確 認された。また、現在までに、CdSe 量子ドットの成長時間が光電変換効率に大きな影響を及ぼし、 最適な成長時間が存在することが判明している。[1]J. M. Macak et al., Angew. Chem. Int. Ed. 44, 7463 (2005).
図1 IPCEスペクトル
